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礦業分析|透視中國大地構造:一場地質時空之旅的新啟示

透視中國大地構造一場地質時空之旅的新啟示

中國礦產在哪裡?

面對復雜多變的中國大地構造,院士的解剖刀鋒利又精準!文章透過構中國科學院院士任紀舜談的獨特視角,剖析中國地質演化的奧秘,像一場地質時空之旅,帶你領略大地構造的過去、現在與未來。中國礦產在哪裡?眼下困惑,一言析之。讓我們跟隨院士的思路,開啟探索大地奧妙的新篇章!

文章核心要點提煉:

1.提出地球系統多圈層構造觀,強調深部構造對表層構造的控制。2.中國可劃分古亞洲、特提斯、太平洋三大構造域,對應不同成礦作用。3.印支前、印支-燕山和喜馬拉雅階段,中國構造單元各不相同。4.中國構造最復雜,經歷古亞洲洋、特提斯和太平洋三大動力體系。

正文

原標題:中國科學院院士任紀舜談中國大地構造及成礦背景作者:丁全利 宋宇瑩 王曉堉

當前,發揮好科技創新引領、加強基礎地質創新研究作用,不斷提升找礦成效為保障國傢礦產資源安全作出貢獻是廣大地質工作者的共同心聲。其中,如何認識中國的大地構造格局與成礦背景,大地構造學是一個重要視角。大地構造學主要研究對象是地球巖石圈的物質組成、結構構造、運動動力及其巖石圈演化規律等。深入認識中國的大地構造,對於正確認識我國的地質條件、掌握各個區域大地構造基本特點和我國境內各種大型構造類型時空規律性等、正確評價和指導找礦具有重要的理論意義和現實意義。

近日,著名大地構造學傢、中國科學院院士任紀舜在中國礦產地質志研編學術論壇上作瞭題為《中國大地構造新見——中國成礦地質背景》的學術報告,就新構造觀、主要構造單元劃分、中國中新生代構造等問題提出一系列新認識、新見解。

地球多圈層構造新視角

以地球系統多圈層構造觀認識大地構造問題

報告中,任紀舜院士簡要回顧瞭大地構造學發展歷程。大地構造學經歷瞭3個階段,第一階段從19世紀中葉到20世紀中葉,是地槽學說發展階段,其研究的對象主要是地殼構造,服務對象主要是礦產資源。第二階段從20世紀的60年代至現在,是板塊構造理論發展階段。主要研究對象是巖石圈板塊構造,服務對象除礦產資源外,自然環境變化占有很重要位置。第三階段,從20世紀80年代開始,醞釀地球系統多圈層構造觀,其研究對象為地球整體多圈層構造,這一理論的哲學思想基礎是系統論、轉化論、演化論。研究方法是把地球放在宇宙空間中研究,采用地質、地球物理、地球化學、遙感等一切探測地球深部和表層以及外層空間的方法手段,其研究對象是地球多圈層構造即地球整體,其服務領域:使人們更好地認識地球,使人和自然更好地和諧相處。

“地球系統多圈層構造觀即新構造觀的提出,就是吸收前人精華,既要繼承地槽學說、板塊構造理論的精華,又去其缺點、不足,來發展新的大地構造學說。”任紀舜說,其核心是更多考慮地球深部的作用特別是殼與幔、幔與核以及核、幔、殼不同層次間相互作用,並把地球放在宇宙空間,探索地外因素對地球運動的作用。

與板塊構造的動力學不同,任紀舜認為,太陽能、地球系統多圈層相互作用以及相對運動、宇宙天體的聯合作用是各種地質作用和過程的動力源泉。太陽能主要驅動地球表層大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈之間的相互作用,是地球表生地質作用的主要動力,這已是地學界不爭的認知。以地核運動為主導的核、殼、幔以及不同層系的相互作用,是地球內生地質作用(包括構造活動、巖漿活動)的主因。而宇宙天體運行規律及其與地球本體運動的結合,極可能是控制地球旋回式、分階段向前演化總體過程的主要因素。

任紀舜介紹瞭以地核活動為主導的、地球系統多圈層的相互作用對大地構造過程的控制作用。他說,從全球角度來研究中國大地構造過程中已確定,顯生宙期間,全球構造依次受到古大西洋—瑞克洋—古亞洲洋、特提斯—古太平洋、大西洋—印度洋—太平洋三大動力體系的控制,形成古大西洋—古亞洲洋、特提斯、太平洋三大構造域。現已發現,石炭紀—二疊紀時,當古大西洋—古亞洲洋動力體系向特提斯—古太平洋動力體系轉換時,正好與3.2億~2.65億年的負極性超時吻合;中白堊紀時,當特提斯—古太平洋動力體系向大西洋—印度洋—太平洋動力體系轉換時,正好與1.26億年~8300萬年正極性超時對應。地球之所以發生磁場,屬於地核運動,說明產生磁場的地核的物質運動對地球表層構造的影響可能起著十分重要的作用。

“20世紀90年代我國組織開展IGCP(中國國際地球科學計劃)321‘岡瓦納裂離與亞洲增生’國際合作項目。岡瓦納大陸所在半球總體處於膨脹裂解狀態,北美、歐洲、西伯利亞半球總體處於收縮擠壓狀態,致使岡瓦納裂解,北美、東歐、西伯利亞增生,並最終造成現在地球的構造格局。之後,我們註意到,顯生宙期間或新元古代晚期開始,位於今天非洲和南太平洋之下、昔日岡瓦納大陸之下有兩個超級地幔柱。2019年,我國學者於文輝教授研究解剖非洲和太平洋兩個超級地幔柱形態時,發現始於核幔邊界的非洲、太平洋超級地幔柱整體呈大榕樹狀,並稱其為超級地幔樹,其‘樹冠’形態與現在的全球表層構造完全吻合,位於太平洋、印度洋、大西洋的低速帶,分別與各大洋中脊帶位置完全吻合。而亞洲東部的低速帶與西太平洋邊緣海、亞洲東部邊緣的裂谷帶位置是一致的,非洲東北部的低速帶與非洲裂谷相對應,說明地球表層的構造、巖漿作用,不僅僅是巖石圈板塊間相互作用,主要受地核活動為主導的、地球深部核—幔—殼運動因素控制。”任紀舜介紹說。

任紀舜指出,在地球的不同演化階段,有各不相同的動力系統,控制瞭不同的構造格局。顯生宙期間全球構造受到古大西洋—瑞克洋—古亞洲洋、特提斯—古太平洋、大西洋—印度洋—太平洋三大動力體系的控制,形成古大西洋—古亞洲洋、特提斯和太平洋三大構造域。古元古階段形成哥倫比亞超大陸,新元古階段形成岡瓦納超大陸,顯生宙階段逐步形成現在的構造格局。而東亞的加裡東、華力西,印支造山,隻有從全球動力體系才能說清楚。以加裡東運動為例,從中國華南、昌都,經秦嶺到溫都爾廟,一直到蒙古地區,在整個區域裡加裡東造山運動都非常重要,而這隻有從古大西洋—古亞洲洋動力系統這個全球整體動力系統,才能把它解釋清楚。如果光用一個板塊俯沖,隻能解釋局部問題,而不能解釋整體運動過程。

談到對三大構造域動力體系的看法,任紀舜不同意一些學者認為“古亞洲洋、特提斯、太平洋大致同時在新元古代晚期形成,之後它們長期共存共同影響中國及亞洲顯生宙構造的發展”的看法。他說:“自新元古代以來,中國大陸依次受古亞洲洋、特提斯—古太平洋、印度洋—太平洋三大動力體系的控制,不同階段有不同的構造動力體系。古亞洲洋動力體系向特提斯—古太平洋體系轉換是在石炭—二疊時期,特提斯—古太平洋體系向印度洋—太平洋動力體系轉換是在白堊紀中期。古亞洲洋動力體系屬於古大西洋—古太平洋動力體系的東段,起始於新元古代晚期,控制中國以至亞洲古生代的構造演化,古亞洲洋動力體系的結束大概是中二疊晚期;特提斯—古太平洋動力體系從晚泥盆紀開始,真正形成於早石炭紀,它控制中國及亞洲中生代構造演化;印度洋—太平洋起始於白堊紀中期,控制中國新時代的構造演化。這是我們對動力體系方面的看法。”

中國三大構造域劃分

中國主要構造單元可劃分出古亞洲、特提斯、太平洋三大構造域以及相應的三大成礦域十大造山系

如何在空間上對我國的構造單元進行劃分?

任紀舜介紹,目前難以劃分出前寒武的構造單元,隻能劃分出顯生宙以來的、即岡瓦納超大陸裂解後的構造單元。

首先分出三大構造域:古亞洲洋構造域、特提斯構造域、太平洋構造域以及相應三大成礦域。

——古亞洲洋構造域。古亞洲洋是位於西伯利亞與岡瓦納大陸間的洋盆體系,包括瞭昆侖—秦嶺帶。古亞洲洋構造域占據瞭中國大部分地區,屬於全球古大西洋—古亞洲構造域的東段。該構造域是在古亞洲洋動力體系控制下形成的一個構造域,經歷瞭興凱、加裡東、華力西多旋回演化成礦作用過程。“我認為,就中國來說,在古亞洲洋域加裡東階段、華力西階段旋回成礦作用階段最為重要。”任紀舜說。

——特提斯構造域。它是在特提斯、印度洋兩個前後相繼的動力體系下形成的構造體系,占據瞭中國的西部、南部廣大地區。它經歷瞭印支、燕山、喜馬拉雅多旋回演化過程,而成礦作用以喜馬拉雅、印支旋回成礦作用最重要,例如甲基卡的鋰礦就屬於印支旋回。更重要的是,喜馬拉雅旋回在這裡成礦作用最重要;而且西北的油氣田像塔裡木、準噶爾、柴達木包括河西走廊地區的油氣資源,盡管生油時代是各個時代,但油藏的最終定型都在喜馬拉雅階段。喜馬拉雅階段對西北油氣藏的形成起關鍵作用。現在越來越多的發現也表明,印支階段的成礦也非常重要。

——太平洋構造域。它占據瞭中國東部的廣大地區,是古太平洋和新太平洋兩個前後相繼的動力體系控制下形成的構造域。它經歷瞭印支、燕山、喜馬拉雅多旋回的演化過程,經歷瞭多旋回成礦作用。對太平洋構造域來說,印支期也有成礦作用,如華南的鈾礦。但最重要的是燕山期、喜馬拉雅期旋回的作用。燕山階段,主要以各類金屬礦床為主,即所謂中國東部燕山期成礦大爆發。喜馬拉雅階段,主要形成瞭中國東部裂谷系如松遼、渤海灣、海域的油氣田以及華南的鈾礦資源。

任紀舜說,這3個構造域構造作用、時間不一樣,其成礦特點也不一樣。古亞洲域主要是加裡東、華力西期,有的地方如大興安嶺的多寶山礦,可能屬早加裡東或興凱旋回成礦,最主要的是加裡東、華力西期;而特提斯構造域最重要的是喜馬拉雅和印支運動;東部太平洋構造域,最重要的是燕山和喜馬拉雅運動。對於昆侖—祁連—秦嶺帶,任紀舜認為,現在劃瞭昆侖—祁連—秦嶺成礦域,從構造動力學上看可能與構造不太吻合。在潘吉亞巨旋回階段,昆侖—祁連—秦嶺屬於古亞洲洋動力體系,但在中新生代也即新地巨旋回階段,在昆侖—秦嶺西段是特提斯構造域的疊加;在其東段,是太平洋構造域的疊加,因此恐怕不能單獨成為一個構造域。從整個全球構造看,昆侖—秦嶺帶是古亞洲洋、特提斯、太平洋三大構造域疊加的結果。其成礦作用不僅有古生代的,也有中新生代的。

任紀舜介紹,在三大構造域的基礎上,按大陸殼形成時代,劃分出中國及鄰區的基本構造單元。首先,在中國及鄰區有3個大的克拉通:西伯利亞克拉通、東歐克拉通、印度克拉通;以及3個小的克拉通:中朝克拉通、揚子克拉通、塔裡木克拉通。

其次分出十大造山系:一是薩彥—額爾古納造山系。這是第一代古亞洲洋形成的造山帶。它的蛇綠巖主要是震旦紀、南華系晚期,整個造山封閉主要在早寒武晚期、中寒武世以前,作為大陸地殼的形成,是在興凱旋回時形成。該造山系主體在蒙古—俄羅斯。

二是烏拉爾—天山—興安造山系。整個洋盆構造體系不是大洋盆,而是一系列小洋盆、海底裂谷帶、微陸塊構成的復雜體系。它主要是早古生代為主體的洋盆體系,從烏拉爾、天山、哈薩克斯坦到大、小興安嶺,這個洋盆體系主要封閉時間在加裡東階段。洋盆最終封閉在晚泥盆世法門期之前。晚泥盆世—早石炭世階段是造山後裂解,形成巴音溝、索倫山、賀根山等裂谷式的小洋盆。石炭紀—中二疊世這個階段巖漿作用最強烈。

三是昆侖—祁連—秦嶺造山系,亦屬古亞洲洋構造域。其海底裂谷帶主要在早古生代階段、經加裡東運動形成造山帶。華力西造山以走滑為主,如商丹帶,3.15億年前完成大規模走滑造山作用。四是松潘—甘孜帶,是印支造山帶。松潘—甘孜帶有很厚的三疊系濁積巖系,三疊系晚期造山。五是從西藏昌都到印支一直到華南的造山系。這裡加裡東造山活動很重要。加裡東以後主要是蓋層,特別是華南地區、昌都地區泥盆、石炭以來發育瞭很好的淺海沉積蓋層。六是從中伊朗延伸到中國西藏拉薩、到馬來西亞的泛非造山帶。七是喜馬拉雅造山帶,八是亞洲東緣的中生代造山帶,九是西太平洋溝弧盆體系,十是北印度洋溝弧盆體系。

中國構造單元時空演變

由於特提斯構造域和太平洋構造域對古亞洲洋構造域的疊加,中國大地構造單元在印支前、印支—燕山階段和喜馬拉雅階段是各不相同的

談及中新生代整個中國構造單元怎麼劃分這一重大問題,任紀舜認為,中國的構造可能是全球構造最復雜的一塊。為什麼復雜?“比較北美和亞洲大地構造,顯生宙北美的構造帶動力體系,一個是古大西洋—古太平洋體系,一個是現代大西洋—太平洋體系,二者構造線是基本一致的,因此構造總體未發生重大變化。中部為北美克拉通,東部是阿巴拉契亞造山帶,西部是科迪勒拉造山帶,整個顯生宙以來沒什麼大的變化。”任紀舜說。而中國由於古亞洲洋、特提斯、太平洋三大構造域疊加,由此構造特別復雜。按動力體系,大地構造分為印支前、印支—燕山階段和喜馬拉雅3個階段。

印支造山以前,整個中國除瞭松潘—甘孜有一個很大的濁積巖盆地一直延伸到北伊朗外,其他都是近東西向的構造單元。北部是薩彥—額爾古納和烏拉爾—天山—興安構造帶,二疊紀—三疊紀基本克拉通化瞭。之後中亞、蒙古的後華裡西地臺,這個地區後來穩定瞭。南邊是昆侖—祁連—秦嶺後加裡東地臺,再南邊就是岡瓦納大陸北緣的後泛非—後加裡東地臺。東邊,是古太平洋裂谷體系和太平洋古陸。

印支—燕山階段是特提斯—古太平洋動力體系控制下的一個階段,它最主要的是形成瞭青藏和昆侖—秦嶺的印支造山系,亞洲東緣的造山系和中國東部的印支、燕山上疊造山系。中國東部的印支、燕山造山系是上疊在中國東部先成大陸地殼上的上疊造山帶。“一些同志稱其為陸內造山帶,我認為不合適。所謂陸內造山帶、板內造山帶都是指板塊內部動力所造成的造山帶。而中國東部的印支、燕山造山帶,它是在古太平洋動力體系下形成的,和東部亞洲東緣造山系是在同一動力體系、同步發展起來的。”任紀舜說。

他強調,中國東部的中生代造山從印支開始,從20世紀80年代開始便有大量的資料可以佐證。整個中國東部中生代構造—巖漿成礦作用都很重要。在中亞—蒙古帶,我國星星峽斷裂以東中生代構造—巖漿作用十分重要,星星峽斷裂以西,雖然也有中生代造山作用,但比東部弱得多。

喜馬拉雅階段,印度和歐亞之間的會聚造山作用形成喜馬拉雅造山帶、青藏高原,以及昆侖—秦嶺復活造山系、天山復活造山系和阿爾泰—薩彥嶺。它是在印度洋動力體系作用下形成的造山帶,在酒泉老君廟油田、天山南緣北緣都有強烈的喜馬拉雅運動顯示,現在的地球物理證據也證明在地球深部有反映。整個擠壓帶的“根”在深部。總體來說,在喜馬拉雅階段,從喜馬拉雅直到薩彥嶺整個廣大區域,屬於受印度與歐亞強烈擠壓的影響,中國西部地勢很高,莫霍面很深。而中國東部則形成一系列裂谷盆地:白堊紀晚期以來,從松遼盆地到渤海灣盆地,一直到華南的一些小裂谷;而沿海從南海、東海到黃海,一直到日本海是大的裂谷體系,形成中國現在的地貌態勢。總之,在印度洋—太平洋動力體系下,喜馬拉雅階段形成瞭現在的中國構造體系和構造地貌態勢。

“中生代時,中國東邊是高的高原、高山,西邊是平原、低地甚至海域。而到瞭新生代,東邊是平原、低地、丘陵、裂谷,西部是高原、山脈。東西兩邊的地貌在中新生代發生瞭大反轉。到瞭喜馬拉雅階段,西邊高、東邊低。”任紀舜說。

任紀舜指出,中國的構造單元不是一成不變的。”例如阿拉善地區,有人說它屬於中朝地臺,也有人說屬於中亞造山帶。那它到底屬於哪個構造體系?這要看所處不同階段。如果看阿拉善基底的構造,它與中朝基本一樣。新元古階段,阿拉善與塔裡木還有點些關系。古生代階段,阿拉善地區加裡東、華力西造山作用很重要,它已卷入瞭古亞洲洋這個動力體系。“他舉例說。

任紀舜認為,中國構造的動力體系在變化,不同的動力體系有不同的構造單元,屬性不一樣。中國東部最初有中朝、揚子、秦嶺等構造單元,古生代階段中國東部是東西向的;後來變成裂谷系、造山帶,走向是北東向,整個殼幔構造發生瞭變化,表層是裂谷,下邊是地幔的上隆,反映瞭該地區從古生代以來的構造演化過程。

專傢簡介

任紀舜 | 地質學傢,中國科學院院士,中國地質科學院地質研究所研究員,世界地質圖委員會(CGMW)副主席。

來源@中國自然資源報 新媒體編輯:王瑜 審核人:陸芬

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THE END

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